Rozmowa z Piotrem Zbysińskim, dyrektorem ds. technologii w firmie BTC/SoMLabs

• BTC to firma, która ma wiele obszarów aktywności. Jak można przybliżyć jej związki z elektroniką?

Firma BTC swoją przygodę w biznesie rozpoczęła od wydawania książek poświęconych elektronice, niemniej bardzo szybko do działalności wydawniczej dołączyła produkcja narzędzi, płytek ewaluacyjnych i zestawów startowych. Były one naszymi autorskimi opracowaniami i wspierały sprzedaż książek poprzez dodanie do nich platformy sprzętowej, na której można było ćwiczyć.

Pomysł z takimi zestawami chwycił i z roku na rok oferta narzędzi projektowych i książek szybko się poszerzała. Do naszych własnych opracowań doszedł z czasem podobny sprzęt innych firm, dla których BTC było dystrybutorem. Do obsługi sprzedaży powołaliśmy do życia sklep internetowy Kamami.pl i przez wiele lat oferowaliśmy za jego pośrednictwem szeroko rozumiane produkty narzędziowe wybrane pod kątem potrzeb projektantów elektroniki, także oprogramowanie i podzespoły.

• Jak doszło do tego, że zakiełkował pomysł, aby zająć się produkcją komputerów SoM?

Własna produkcja jest dla nas doskonałym miejscem do obserwacji procesów zachodzących na rynku oraz ewolucji w procesach koncepcyjnych w zakresie projektowania i konstruowania urządzeń, a także okazją do rozmów z klientami. Jednym z wniosków z takich obserwacji było to, że mikrokontrolery o dużych zasobach sprzętowych tracą swoją atrakcyjność i są wypierane z rynku przez mikroprocesory, zapewniające większe możliwości przy niższych cenach.

Zjawisko to wynika z rosnących wymagań użytkowników dzisiejszej elektroniki, bo nawet prosty sprzęt musi mieć obecnie komunikację bezprzewodową oraz kolorowy wyświetlacz graficzny z panelem dotykowym. Poza tym projekty trzeba przygotowywać w coraz krótszym czasie, a serie produkcyjne stają się coraz mniejsze. Koszty opracowania urządzenia z wykorzystaniem zaawansowanych mikrokontrolerów dla złożonych aplikacji szybko rosną, także na skutek postępującej komplikacji i pracochłonności tworzenia firmware'u.

Z tych przyczyn konstruktorzy poszukują obecnie rozwiązań, które pozwalają ominąć te kłopoty, jak na przykład komputery jednopłytkowe SBC lub moduły SoM. Bazują one na wydajnych mikroprocesorach, mają dużą ilość pamięci pozwalającą na uruchomienie systemu operacyjnego i zawierają wszystkie popularne układy peryferyjne oraz oczywiście komunikację bezprzewodową. W ostatecznym rozrachunku takie podejście jest znacznie tańsze, nie tylko od strony ceny hardware'u, ale także kosztów pracy inżynierskiej.

Dlatego w firmie wpadliśmy na pomysł, aby zająć się opracowaniem i produkcją modułów komputerów SoM w wersji przemysłowej. Od razu założyliśmy wykorzystanie komponentów najwyższej jakości pochodzących od czołowych i wyłącznie renomowanych producentów światowych po to, aby termin "przemysłowy" odpowiadał ich jakości oraz dlatego, aby nie musieć niepotrzebnie zmagać się z konkurencją cenową ze strony firm azjatyckich.

• Jakie problemy sprawiają tamtejsi producenci?

Przez wiele lat sprzedawaliśmy w Kamami moduły SoM producentów chińskich i udało nam się dobrze poznać ich specyfikę. Najbardziej widoczna była niestabilność parametrów i specyfikacji tych rozwiązań, a więc inne komponenty w każdej partii, różnice w wymiarach płytek, położeniu otworów mocujących i podobne niuanse, pozornie drobne, ale bardzo dokuczliwe dla użytkowników końcowych. Efektem tych niestabilności była konieczność dostosowywania przez nas oprogramowania linuksowego do tego, aby np. obsługiwało pamięć innego producenta. To była loteria i nigdy nie wiedzieliśmy, czym zostaniemy zaskoczeni w kolejnej partii.

Do tego dochodził brak informacji i wsparcia ze strony tych producentów, którzy robili, co chcieli, a my musieliśmy się w tym bałaganie zorientować i pomagać klientom. W efekcie pracy było dużo, a zarobek ze sprzedaży okazał się minimalny. Był to dodatkowy argument za rozwijaniem własnego produktu, bo wysiłek inżynierski zużywany niepotrzebnie na supportowanie chińskich wyrobów można było wykorzystać na potrzeby własnego rozwiązania. Panowanie nad jakością, powtarzalnością oraz świadczenie wsparcia technicznego przy własnym rozwiązaniu też jest łatwiejsze, bo własny wyrób zna się na wylot.

• Czemu nie związaliście się z renomowanym producentem komputerów SoM?

Oferta renomowanych producentów komputerów SoM nie jest dostosowana do potrzeb grupy klientów, na której chcemy się skoncentrować. Większość czołowych firm z tego obszaru uważa, że klienta musi być stać na współpracę, a ich cennik jest tak skonstruowany, że premiuje dużych odbiorców. A więc w realiach rynku krajowego ma to niewielki sens i trzeba być zdeterminowanym, aby korzystać z takiej oferty, gdy potrzeby opiewają na 100-200 sztuk. Dopiero powyżej 5000 sztuk ceny stają się konkurencyjne w stosunku do firm azjatyckich lub w odniesieniu do kosztów własnego opracowania sterownika. A to bardzo duża liczba.

Nasze komputery VisionSoM kosztują ok. 120 zł, czyli równowartość 22 dolarów. Najtańszy konkurent za analogiczną konfigurację żąda 38 dol., a więc prawie dwukrotnie więcej. Dodatkowo przy zakupie małych ilości dla partii prototypowych nasi konkurencji stosują stawki nawet trzykrotnie wyższe niż dla ilości docelowych. To jest już bariera. Nasz cennik został więc tak ułożony, aby nie zmuszał ceną do kupowania dużych ilości, klienci w fazie prototypu otrzymują cenę zbliżoną do ceny dla ilości produkcyjnych.

• Jak wygląda aktualnie komputer SoM z punktu widzenia odwiecznego dylematu konstruktora "robić swój czy kupić gotowy"?

Zasoby pamięci obecnie dostępnych mikrokontrolerów są ograniczone do 2-4 MB Flash, a takie układy z rdzeniem ARM Cortex-M kosztują często ponad 100 zł za sztukę. Wykorzystywany przez nas w VisionSOM mikroprocesor NXP i.MX6 z rdzeniem Cortex-A7 kosztuje cennikowo 5 dolarów i nawet jak dołączy się do niego dużą pamięć Flash i SDRAM, cena takiej jednostki będzie nadal sporo niższa. Z uwagi na małą przestrzeń adresową do mikrokontrolera nie da się też podłączyć zewnętrznej pamięci o dużej pojemności. W efekcie z przyczyn technicznych i cenowych, gdy potrzebny jest Linux, trzeba sięgać po mikroprocesory.

Wykorzystanie we własnej aplikacji modułu komputera, który umieszcza się w podstawce wlutowanej we własną płytę bazową, jest korzystne, bo ta część może być tania, m.in. dzięki zastosowaniu do jej wykonania laminatu dwustronnego, a jednostka centralna komputera wymaga wysokiej jakości płytki 6-warstwowej. Niemniej jest ona mała i dzięki temu niedroga. Wykonanie całej, dużej wielowarstwowej płyty bazowej byłoby rozrzutnością.

Jako konstruktor elektronik dodam, że zaprojektowanie płytki dla takiego komputera nie jest banalne i jeśli ktoś myśli, że wystarczy poprowadzić połączenia autorouterem, to niestety bardzo się myli. Pamięć taktowana jest zegarem 667 MHz lub większym, przez co trzeba perfekcyjnie panować nad czasem propagacji sygnałów w magistralach i projektować ścieżki z kontrolą impedancji, aby uniknąć odbić sygnałów, które zakłócą prawidłowe działanie komputera; 16-bitową magistralę danych, 23 linie adresowe oraz sygnały sterujące trzeba zmieścić na małym kawałku laminatu i poprowadzić tak, aby dane i adresy pojawiły się równo w czasie i przed sygnałem latch. Każdy niuans projektu i wykonania PCB może spowodować zmianę czasu propagacji sygnałów synchronizujących, a w takim przypadku taktowanie z pełną szybkością przestaje działać i prototyp, za którym idą tygodnie pracy, wędruje do kosza.

W naszym przypadku projekt Vision-SOM zabrał blisko pół roku pracy i wymagał kilku podejść do prototypu. Dlatego nie wierzę, aby w warunkach charakterystycznych dla rynku krajowego, a więc serii do 1000 sztuk, można było wyjść z kosztami na plus przy własnym opracowaniu. Warto też zauważyć, że dokumentacja techniczna mikroprocesora i.MX6 to 6000 stron, a gdy wykorzystuje się kilka typów pamięci, każdy chip trzeba znać w szczegółach.

• Jakie znaczenie dla powodzenia projektu miało nawiązanie współpracy z NXP?

Podczas wcześniejszych lat działalności udało się nawiązać kontakty z NXP, Muratą i Micronem, dla których w ramach firmy BTC wykonywaliśmy różne zlecenia. Firmy te poznały nasze możliwości, oceniły kompetencje i gdy pomysł stworzenia własnego komputera SoM dojrzał, aby móc o nim powiedzieć, skorzystałem z tych kontaktów i zwróciłem się z pytaniem do nich o możliwość wsparcia naszego projektu.

Szczególną rolę w tym projekcie odegrała firma NXP dlatego, że ich wizja rozwoju rynku była zbieżna z naszymi obserwacjami: nadchodzi era mikroprocesorów w aplikacjach embedded. W konsekwencji szybko udało nam się osiągnąć porozumienie. W ramach podpisanej współpracy nasz projekt SoM był konsultowany z działem wsparcia NXP na różnych etapach jego rozwoju. Od strony technicznej jest to produkt, który przeszedł weryfikację producenta.

• Czy współpraca z NXP dotyczyła tylko warunków specjalnej ceny na mikroprocesor?

Zrobienie komputera to kolejna belka na pagonach firmy BTC w skali zaufania i kompetencji. Projekt został przez nich doceniony i zostaliśmy "oficjalnym partnerem NXP". Daje nam to dostęp z dużym wyprzedzeniem do informacji na temat przygotowywanych nowości produktowych i próbek. W kolejnym kroku będziemy się starać o tytuł "Proven Partner", co pozwoli nam rozwijać dalej ofertę.

Aktualnie mamy w sprzedaży dwa komputerki VisionSOM, płytkę bazową do nich i zestaw startowy. Tworzy to minimum startowe, ale dalej mamy w planach wersję z i.MX7ULP i kolejnymi układami NXP z tej rodziny. Partnerstwo daje tutaj głównie zysk na czasie, bo w momencie wejścia mikroprocesora na rynek możemy już mieć gotowy produkt.

• Jak przedstawia się wsparcie w zakresie oprogramowania?

BTC swojej aktywności w temacie SoM szuka przede wszystkim w zakresie warstwy sprzętowej, niemniej wiadomo, że bez oprogramowania nie da się tych komputerów użyć. Dlatego uruchomiliśmy stronę wiki.somlabs.com, gdzie udostępniamy dwie dystrybucje Linuksa: Debian oraz Buildroot. Dodatkowo istnieje możliwość wykonania systemu bazującego na Yocto, w wersji dopasowanej do wymagań aplikacji i np. o małych wymogach co do pojemności pamięci SDRAM.

• Ile czasu zabrało przekucie pomysłu w produkt?

Pierwsze działania zostały podjęte w listopadzie 2016 roku, w lutym 2017 powstał pierwszy prototyp, kolejne w maju i czerwcu. W listopadzie pokazaliśmy gotowe zestawy szerszej publiczności na warsztatach organizowanych razem z firmami NXP i Future Electronics jako wydzielona z firmy BTC część o nazwie SoMLabs. Na razie jest to marka handlowa BTC, ale już niedługo zostanie wydzielona do osobnej spółki.

• A co z certyfikatami i deklaracjami typu CE, EMC?

Komputer SoM nie jest produktem finalnym i wchodzi w skład większej całości, więc formalnie nie podpada pod wiele z takich wymagań. Niemniej nasza konstrukcja jest przebadana pod tym kątem oraz jesteśmy w trakcie jej formalnej kwalifikacji. Kupiliśmy prostą komorę TEM i analizator EMC, a następnie przebadaliśmy moduł pod kątem elektromagnetycznym. Mamy pewność, że emitowane zakłócenia leżą sporo poniżej wymaganych progów. Nasze komputery są przeznaczone do pracy w temperaturach przemysłowych, dlatego testujemy ich pracę w komorze termicznej w całym zakresie temperatur.

• Pytanie o dostępność komputera w dłuższej perspektywie jest jednym z częściej zadawanych w przypadku komputerów jednopłytkowych…

Chęć zapewnienia długiej dostępności komputera jest bardzo istotna i ci, którzy obawiają się problemów w tym obszarze, mają rację popartą nierzadko negatywnym doświadczeniem z wcześniejszej pracy. Z tego powodu związaliśmy się z producentem mikroprocesorów, dla którego wskaźniki dostępności są wysokie. NXP ma też bardzo dobrze uporządkowaną działalność informacyjną związaną z planowanym czasem produkcji poszczególnych typów. Dla i.MX6ULL gwarantowana dostępność to 10 lat. Co więcej, kres produkcji nigdy nie jest gwałtowny, 2-3 lata trwa kończenie produkcji, a potem w sieci dystrybucji też jeszcze można kupić chipy, z tym że już nie po tak dobrych cenach.

NXP udostępnia też wiele dokumentów z badań technoklimatycznych, które przekonują, że szeroki zakres temperatur pracy nie jest u nich pustą obietnicą, ale wynikiem przemyślanego procesu oceny jakości. Innymi słowy, projektując urządzenie przemysłowe, chodziło nam nie o to, aby kupić do niego komponenty jak najtaniej i cieszyć się dużą marżą, ale takie, które przeszły testy i dają pewność, że będą działać.

• Skoro macie już gotowy produkt, to jak chcecie go sprzedawać i promować?

Mamy za sobą cykl warsztatów zorganizowanych w Polsce i Rosji. Jak wcześniej wspomniałem, zorganizowaliśmy je razem z NXP i Future Electronics w pięciu głównych miastach Polski. W Rosji warsztaty odbyły się w dwóch centralnych ośrodkach przemysłowych: w Petersburgu i Moskwie. Niezależnie od lokalizacji, uczestnicy byli bardzo zadowoleni z warsztatów a także z funkcjonalności komputera SoM.

Porozumieliśmy się z dwoma firmami dystrybucyjnymi z tamtego rejonu, jedną z Rosji, drugą z Białorusi, które znakomicie znają tamtejszy rynek i zajmą się dystrybucją i promowaniem komputerów VisionSoM.

W 2018 planujemy cykl szkoleń w Europie a także Rosji, jednocześnie rozmawiamy z partnerami, którzy chcieliby się zająć promocją i sprzedażą komputerów SoM w Europie.

Ważnym wsparciem sprzedaży komputerów SoM jest też fakt posiadania przez nas w ofercie gotowych płyt bazowych oraz możliwość odpłatnego wykonania płyty bazowej, dopasowanej do aplikacji użytkownika. Dodatkowo dostosowaną płytę bazową możemy wyprodukować, co w branży jest nowością.

Żadna duża firma nie oferuje takich usług, a my mając doświadczenie wynikające z produkcji narzędzi, jesteśmy w stanie pomóc klientom, którzy nie mają zaplecza, aby taką płytę wykonać samodzielnie. Usługa ta ma stały, niski koszt, bo jej celem jest promowanie komputerów SoM, a nie zarabianie na płytkach bazowych. Dla wielu firm ta propozycja już okazała się atrakcyjna.

Zaczęliśmy też tworzyć aplikacje wspierające VisionSoM po to, aby docelowo mieć kompleksową ofertę komponentów składających się na typowy system. W tej chwili trwają prace nad wyświetlaczem z panelem dotykowym do komputera Vision SOM oraz projektujemy dodatkowo dwie płyty bazowe. Dla wygody naszych klientów zastosowaliśmy wyświetlacze dotykowe, które są łatwo dostępne na rynku oraz oferują bardzo dobre parametry techniczne. Projekty te w tej chwili są w zaawansowanej fazie projektowej, oferta ta będzie dostępna na początku przyszłego roku.

Wyprodukowanie komputera Vision-SOM jest naszym pierwszym krokiem, nasza oferta wkrótce zostanie uzupełniona o następny komputer z mikroprocesorem i.MX7ULP, w drugiej połowie roku chcemy mieć w produkcji komputer SOM wykonany na najnowszym mikroprocesorze firmy NXP i.MX8M. Wyzwania z naszymi planami są spore, rynek jest chłonny i dynamicznie się rozwija, dlatego mam przekonanie, że nasze dotychczasowe doświadczenie, praktyka produkcyjna i rynkowa zostanie doceniona przez naszych klientów.

Rozmawiał Robert Magdziak